JP2023130644A - 音響信号処理装置、音響システム及び低音感の増強方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より自然な聴感で低音感を増強する「音響信号処理装置、音響システム及び低音感の増強方法」を提供する。
【解決手段】
音響信号処理装置２は、オーディオソース機器１が出力する音源音信号Ａに、音源音信号Ａの低音感を増強する低音感増強信号を付加した出力音信号Ｂをスピーカ３に出力する。音響信号処理装置２は、スピーカ３の再生周波数帯の下限の周波数をf0として、音源音信号Ａのf0以下の周波数帯の成分を、FIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像し、f0からf1（f0＜f1）の周波数帯の低音感増強信号Ｃを生成する。
【選択図】図１
【解決手段】
音響信号処理装置２は、オーディオソース機器１が出力する音源音信号Ａに、音源音信号Ａの低音感を増強する低音感増強信号を付加した出力音信号Ｂをスピーカ３に出力する。音響信号処理装置２は、スピーカ３の再生周波数帯の下限の周波数をf0として、音源音信号Ａのf0以下の周波数帯の成分を、FIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像し、f0からf1（f0＜f1）の周波数帯の低音感増強信号Ｃを生成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、音響システムの出力音の低音感を増強する技術に関するものである。
小型、軽量のスピーカ等の低周波数帯域における再生能力が不充分なスピーカを音響システムの出力に用いる場合などには、ユーザが聴感する低音感が不足することがある。
また、このような場合に、低音感を増強する技術としては、音源装置の出力信号の低音成分を周波数帯域毎に分割し、分割した各信号の倍音を生成し、生成した各倍音を音源装置の出力信号と加算して、スピーカへの出力信号とする技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
また、このような場合に、低音感を増強する技術としては、音源装置の出力信号の低音成分を周波数帯域毎に分割し、分割した各信号の倍音を生成し、生成した各倍音を音源装置の出力信号と加算して、スピーカへの出力信号とする技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
また、本発明に関連する技術としては、FIF(Fractal Interpolation Functions/フラクタル補間機能）の技術が知られている（たとえば、特許文献２、３、４）。
FIFは、時間区間Ｔを複数に分割した時間区間を補間区間ｔiとして、時間区間Ｔの信号波形Ｓを補間区間ｔiに縮小写像する縮小写像関数ωi()を算定し、縮小写像関数ωi(S)を適用して信号波形Ｓを各補間区間ｔiに縮小写像することによりオーディオデータをアップサンプリングする技術である。
FIFは、時間区間Ｔを複数に分割した時間区間を補間区間ｔiとして、時間区間Ｔの信号波形Ｓを補間区間ｔiに縮小写像する縮小写像関数ωi()を算定し、縮小写像関数ωi(S)を適用して信号波形Ｓを各補間区間ｔiに縮小写像することによりオーディオデータをアップサンプリングする技術である。
上述した音源装置の出力信号の低音成分の周波数帯域毎の倍音を出力信号に加算して低音感を増強する技術によれば、倍音しか出力信号に付加されないため、音源装置の出力信号が表す音の種類（たとえば、単純な効果音など）によってはスピーカの出力音が不自然な聴感を与えるものとなってしまうことがある。
そこで、本発明は、音響システムの出力音の低音感の増強を、より自然な聴感が得られるように行うことを課題とする。
前記課題達成のために、本発明は、入力した音響信号に、当該音響信号の低音感を増強する低音感増強信号を付加して出力する音響信号処理装置に、入力した音響信号から低音感増強信号を生成する低音感増強信号生成手段と、入力した音響信号に前記低音感増強信号を合成して出力する合成手段とを備えたものである。前記低音感増強信号生成手段は、入力した音響信号の低周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して前記低音感増強信号を生成する。
また、本発明は、前記課題達成のために、音響信号を出力する音響機器と、スピーカと、前記音響機器が出力する音響信号の低音感を増強する低音感増強信号を付加して出力する音響信号処理装置とを備えた音響システムにおいて、前記音響信号処理装置に、前記音響機器が出力する音響信号から低音感増強信号を生成する低音感増強信号生成手段と、前記音響機器が出力する音響信号に前記低音感増強信号を合成して前記スピーカに出力する合成手段とを備えたものである。ここで、前記スピーカの再生周波数帯域の下限をf0として、前記低音感増強信号生成手段は、前記音響機器が出力する音響信号のf0以下の周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して、f0からf1(但し、f0＜f1）の周波数帯域の前記低音感増強信号を生成する。
ここで、この音響システムは、前記低音感増強信号生成手段において、前記音響機器が出力するサンプリングレートFSの音響信号のデータをI個おきに特徴点として抽出し、サイズBSのブロック毎に、当該ブロック内の各特徴点を、当該ブロックを分割したサイズTSの各補間区間に縮小写像し、かつ、
I≧FS（f0×2)
BS≧I×2
TS≦BS(f1/f0)
の関係が満たされるように構成してもよい。
また、併せて本発明は、音響信号の低音感を増強する低音感の増強方法として、前記音響信号の低周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して低音感増強信号を生成するステップと、前記音響信号に前記低音感増強信号を合成して出力するステップとを備えた方法を提供する。
I≧FS（f0×2)
BS≧I×2
TS≦BS(f1/f0)
の関係が満たされるように構成してもよい。
また、併せて本発明は、音響信号の低音感を増強する低音感の増強方法として、前記音響信号の低周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して低音感増強信号を生成するステップと、前記音響信号に前記低音感増強信号を合成して出力するステップとを備えた方法を提供する。
以上のような、音響信号処理装置、音響システム、低音感の増強方法によれば、音響信号の低域成分と自己相似性を持った、低域成分よりも高域の周波数帯域の信号を低音感の増強に用いるので、より自然な聴感をもった低音感の増強を実現できる。
以上のように、本発明によれば、音響システムの出力音の低音感の増強を、より自然な聴感が得られるように行うことができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る音響システムの構成を示す。
図示するように、音響システムは、オーディオソース機器１、音響信号処理装置２、スピーカ３、制御部４を備えている。
このような構成において、オーディオソース機器１は音源音信号Ａを出力する。
音響信号処理装置２は、音源音信号Ａに、音源音信号Ａの低音感を増強する低音感増強信号を付加した出力音信号Ｂをスピーカ３に出力する。
音響信号処理装置２は、音源音信号Ａから低音感増強信号Ｃを生成し出力する低音感増強信号生成部２１と、音源音信号Ａを遅延する遅延部２２と、低音感増強信号生成部２１の出力のゲインを調整し、遅延部２２の出力と合成し出力音信号Ｂとして出力するミキサ２３を備えている。遅延部２２は、音源音信号Ａを遅延させ、音源音信号Ａの遅延時間を低音感増強信号Ｃに揃える。
図１に、本実施形態に係る音響システムの構成を示す。
図示するように、音響システムは、オーディオソース機器１、音響信号処理装置２、スピーカ３、制御部４を備えている。
このような構成において、オーディオソース機器１は音源音信号Ａを出力する。
音響信号処理装置２は、音源音信号Ａに、音源音信号Ａの低音感を増強する低音感増強信号を付加した出力音信号Ｂをスピーカ３に出力する。
音響信号処理装置２は、音源音信号Ａから低音感増強信号Ｃを生成し出力する低音感増強信号生成部２１と、音源音信号Ａを遅延する遅延部２２と、低音感増強信号生成部２１の出力のゲインを調整し、遅延部２２の出力と合成し出力音信号Ｂとして出力するミキサ２３を備えている。遅延部２２は、音源音信号Ａを遅延させ、音源音信号Ａの遅延時間を低音感増強信号Ｃに揃える。
次に、低音感増強信号生成部２１は、プレLPF２１１、FIF処理部２１２、ポストHPF２１３、ポストLPF２１４を備えている。
ここで、低音感増強信号生成部２１は、スピーカ３の再生周波数帯の下限の周波数をf0として、f0からf1（f0＜f1）の周波数帯域をもつ低音感増強信号Ｃを生成する。
プレLPF２１１は、音源音信号Ａのf0以下の周波数帯の成分を抽出し低域音信号ＳとしてFIF処理部２１２に出力し、FIF処理部２１２は、FIF(Fractal Interpolation Functions）によって原低音感増強信号Ｄを生成する処理を行う。そして、ポストHPF２１３とポストLPF２１４によって、原低音感増強信号Ｄのf0以下の周波数帯とf1以上の周波数帯の不要成分を除去し、f0からf1の周波数帯域の低音感増強信号Ｃとして、ミキサ２３に出力する。
ここで、低音感増強信号生成部２１は、スピーカ３の再生周波数帯の下限の周波数をf0として、f0からf1（f0＜f1）の周波数帯域をもつ低音感増強信号Ｃを生成する。
プレLPF２１１は、音源音信号Ａのf0以下の周波数帯の成分を抽出し低域音信号ＳとしてFIF処理部２１２に出力し、FIF処理部２１２は、FIF(Fractal Interpolation Functions）によって原低音感増強信号Ｄを生成する処理を行う。そして、ポストHPF２１３とポストLPF２１４によって、原低音感増強信号Ｄのf0以下の周波数帯とf1以上の周波数帯の不要成分を除去し、f0からf1の周波数帯域の低音感増強信号Ｃとして、ミキサ２３に出力する。
次に、図２に示すように、FIF処理部２１２は、特徴点抽出部２１２１、縮小写像関数算定部２１２２、写像処理部２１２３を備えている。
制御部４は、特徴点間隔Ｉ、時間区間であるブロックのブロックサイズＢＳ、ブロックを複数に分割した補間区間の補間区間サイズＴＳを、オーディオソース機器１などから取得した音源音信号ＡのサンプリングレートＦＳに応じて、下記の条件を満たすように算定しFIF処理部２１２に設定する。
制御部４は、特徴点間隔Ｉ、時間区間であるブロックのブロックサイズＢＳ、ブロックを複数に分割した補間区間の補間区間サイズＴＳを、オーディオソース機器１などから取得した音源音信号ＡのサンプリングレートＦＳに応じて、下記の条件を満たすように算定しFIF処理部２１２に設定する。
I≧FS（f0×2)
BS≧I×2
TS≦BS(f1/f0)
したがって、具体的数値の例を示せば、音源音信号ＡのサンプリングレートFS=48000Hz、スピーカ３の再生周波数帯の下限f0=50Hz、低音感増強信号Ｃの上限f1=200Hzであれば、
I≧FS（f0×2)=480
となり、処理のし易さから、I=512を選定すると、
BS≧I×2=1024
TS≦BS(f1/f0)=256
となる。
BS≧I×2
TS≦BS(f1/f0)
したがって、具体的数値の例を示せば、音源音信号ＡのサンプリングレートFS=48000Hz、スピーカ３の再生周波数帯の下限f0=50Hz、低音感増強信号Ｃの上限f1=200Hzであれば、
I≧FS（f0×2)=480
となり、処理のし易さから、I=512を選定すると、
BS≧I×2=1024
TS≦BS(f1/f0)=256
となる。
FIF処理部２１２の特徴点抽出部２１２１は、低域音信号ＳのデータをI個おきに特徴点として抽出する。
たとえば、I=4であれば、図３ａに示すサンプリングレートFSの低域音信号Ｓのデータを、図３ｂに示すように４個おきに特徴点として抽出する。
ここで、このようにして抽出した特徴点は、低域音信号Ｓを、f0×2以下のサンプリングレートにダウンサンプリングしたものとなり、ナイキストの定理に従いその周波数帯の上限はf0以下となる。
次に、ブロックサイズBS≧I×2とすることにより、各ブロックには、３個以上の特徴点が含まれる。たとえば、ブロックサイズBS=I×2であれば、図３ｃに示すように３個の特徴点が含まれる。
また、TS≦BS(f1/f0)とすることにより、ブロックはf1/f0個以上の補間区間に分割される。たとえば、f1/f0=4であれば、図３ｄに示すようにブロックサイズBSのブロックは、BS/4の補間区間サイズTSの４つの補間区間に分割される。
次に、縮小写像関数算定部２１２２は、図４に示すように、低域音信号ＳのブロックサイズBSの各ブロックについて順次、ブロック内の補間区間サイズTSの補間区間毎に、ブロック全体の低域音信号Ｓを、補間区間に縮小写像する縮小写像関数wi(S)を算定する。
縮小写像関数wi(S)の算定は、たとえば、上述したFIF(Fractal Interpolation Functions/フラクタル補間機能）の公知の各技術における縮小写像関数wi(S)の算定アルゴリズムを用いて行う。
次に、写像処理部２１２３は、低域音信号ＳのブロックサイズBSの各ブロックについて順次、ブロック内の補間区間サイズTSの補間区間毎に、特徴点が当該ブロックから抽出した各特徴点を、縮小写像関数算定部２１２２が当該補間区間について算定した縮小写像関数wi(S)を用いて当該補間区間に縮小写像し、原低音感増強信号Ｄとして出力する。
たとえば、I=4であれば、図３ａに示すサンプリングレートFSの低域音信号Ｓのデータを、図３ｂに示すように４個おきに特徴点として抽出する。
ここで、このようにして抽出した特徴点は、低域音信号Ｓを、f0×2以下のサンプリングレートにダウンサンプリングしたものとなり、ナイキストの定理に従いその周波数帯の上限はf0以下となる。
次に、ブロックサイズBS≧I×2とすることにより、各ブロックには、３個以上の特徴点が含まれる。たとえば、ブロックサイズBS=I×2であれば、図３ｃに示すように３個の特徴点が含まれる。
また、TS≦BS(f1/f0)とすることにより、ブロックはf1/f0個以上の補間区間に分割される。たとえば、f1/f0=4であれば、図３ｄに示すようにブロックサイズBSのブロックは、BS/4の補間区間サイズTSの４つの補間区間に分割される。
次に、縮小写像関数算定部２１２２は、図４に示すように、低域音信号ＳのブロックサイズBSの各ブロックについて順次、ブロック内の補間区間サイズTSの補間区間毎に、ブロック全体の低域音信号Ｓを、補間区間に縮小写像する縮小写像関数wi(S)を算定する。
縮小写像関数wi(S)の算定は、たとえば、上述したFIF(Fractal Interpolation Functions/フラクタル補間機能）の公知の各技術における縮小写像関数wi(S)の算定アルゴリズムを用いて行う。
次に、写像処理部２１２３は、低域音信号ＳのブロックサイズBSの各ブロックについて順次、ブロック内の補間区間サイズTSの補間区間毎に、特徴点が当該ブロックから抽出した各特徴点を、縮小写像関数算定部２１２２が当該補間区間について算定した縮小写像関数wi(S)を用いて当該補間区間に縮小写像し、原低音感増強信号Ｄとして出力する。
たとえば、図５ａ１に示すように、ブロックサイズBSのブロック毎に３つの特徴点を抽出し、図５ａ２に示すように、ブロックを補間区間サイズTSの４つの補間区間に分割した場合には、図４ａ１から図４ａ２への矢印で示すように、ブロック内の３つの特徴点を、縮小写像関数wi(S)を用いて各補間区間に縮小写像する。
また、たとえば、図５ｂ１に示すように、ブロックサイズBSのブロック毎に５つの特徴点を抽出し、図５ｂ２に示すように、ブブロックを補間区間サイズTSの４つの補間区間に分割した場合には、図５ｂ１から図５ｂ２への矢印で示すように、ブロック内の５つの特徴点を、縮小写像関数wi(S)を用いて各補間区間に縮小写像する。
以上のようにして、生成された原低音感増強信号Ｄは、時間方向についてTS/BSに縮小されたものとなり、原低音感増強信号Ｄは、上限がf0を超える周波数帯域を持つ、低域音信号Ｓと自己相似性のある音となる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
このように、本実施形態によれば、音源音信号Ａに低音感を増強するために付加する低音感増強信号Ｃとして、音源音信号Ａのスピーカ３の再生帯域外の低域成分からFIF(Fractal Interpolation Functions/）によって生成した、低域成分と自己相似性を持った、スピーカ３の再生帯域内の信号を用いるので、より自然な聴感をもった低音感の増強を実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
このように、本実施形態によれば、音源音信号Ａに低音感を増強するために付加する低音感増強信号Ｃとして、音源音信号Ａのスピーカ３の再生帯域外の低域成分からFIF(Fractal Interpolation Functions/）によって生成した、低域成分と自己相似性を持った、スピーカ３の再生帯域内の信号を用いるので、より自然な聴感をもった低音感の増強を実現できる。
たとえば、図６は、FS=48000Hz、I=512、BS=1024、TS=3として、50Hzの正弦波６１から、FIF処理部２１２によって生成した原低音感増強信号Ｄ６２を表したものであり、図示するように正弦波６１の単なる倍音に比べ、広い帯域に分散した不自然でない信号が、原低音感増強信号Ｄ６２として生成されている。
なお、図６縦軸はデジベルdB、横軸は周波数Hzである。
１…オーディオソース機器、２…音響信号処理装置、３…スピーカ、４…制御部、２１…低音感増強信号生成部、２２…遅延部、２３…ミキサ、２１１…プレLPF、２１２…FIF処理部、２１３…ポストHPF、２１４…ポストLPF、２１２１…特徴点抽出部、２１２２…縮小写像関数算定部、２１２３…写像処理部。
Claims (4)
- 入力した音響信号に、当該音響信号の低音感を増強する低音感増強信号を付加して出力する音響信号処理装置であって、
入力した音響信号から低音感増強信号を生成する低音感増強信号生成手段と、
入力した音響信号に前記低音感増強信号を合成して出力する合成手段とを有し、
前記低音感増強信号生成手段は、入力した音響信号の低周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して前記低音感増強信号を生成することを特徴とする音響信号処理装置。 - 音響信号を出力する音響機器と、スピーカと、前記音響機器が出力する音響信号の低音感を増強する低音感増強信号を付加して出力する音響信号処理装置とを備えた音響システムであって、
前記音響信号処理装置は、
前記音響機器が出力する音響信号から低音感増強信号を生成する低音感増強信号生成手段と、
前記音響機器が出力する音響信号に前記低音感増強信号を合成して前記スピーカに出力する合成手段とを有し、
前記スピーカの再生周波数帯域の下限をf0として、
前記低音感増強信号生成手段は、前記音響機器が出力する音響信号のf0以下の周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して、f0からf1(但し、f0＜f1）の周波数帯域の前記低音感増強信号を生成することを特徴とする音響システム。
- 請求項２記載の音響システムであって、
前記低音感増強信号生成手段は、前記音響機器が出力するサンプリングレートFSの音響信号のデータをI個おきに特徴点として抽出し、サイズBSのブロック毎に、当該ブロック内の各特徴点を、当該ブロックを分割したサイズTSの各補間区間に縮小写像し、かつ、
I≧FS（f0×2)
BS≧I×2
TS≦BS(f1/f0)
の関係が満たされていることを特徴とする音響システム。 - 音響信号の低音感を増強する低音感の増強方法であって、
前記音響信号の低周波数帯域の成分をFIF(Fractal Interpolation Functions）によって縮小写像して低音感増強信号を生成するステップと、
前記音響信号に前記低音感増強信号を合成して出力するステップとを有することを特徴とする低音感の増強方法。
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